Travaux dirigés d`Electrocinétique n°4

TD EC4 Electrocinétique 2012/13
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Travaux dirigés d’Electrocinétique n°4
Notations complexes en RSF
Exercice 1 : Association RL parallèle.
On place en parallèle une résistance R=40Ω et une bobine L=0,16H.
Entre leurs bornes communes, on applique la tension u du secteur (valeur efficace U=220V ; 50Hz).
1. Calculer les valeurs efficaces IR et IL des courants traversant R et L ainsi que leur phase à l’origine
ϕ
R et
ϕ
L si on prend la phase à l’origine de u comme origine des phases.
2. Calculer, par deux méthodes, l’intensité efficace totale I et son déphasage ϕ par rapport à la
tension.
Exercice 2 : Complexes et méthode de Fresnel.
1. On travaille dans cet exercice avec des tensions et intensités sinusoïdales de pulsation ω.
a. Déterminer l’impédance complexe Z1 (forme algébrique et exponentielle) d’un dipôle AB
formé d’une résistance R1 en série avec une bobine d’inductance L.
A.N. R1=100Ω ; L=0,1H ; ω=1000rad.s-1.
b. Ce dipôle est traversé par un courant sinusoïdal de valeur efficace I=10mA. Dessiner le
diagramme de Fresnel en prenant l’origine des temps de telle sorte que le courant dans AB
s’écrive sous la forme
i t
( )
=I2 cos ω t
. En déduire u1(t) aux bornes de AB.
2. Soit un dipôle BD formé d’une résistance R2=100Ω en série avec un condensateur de capacité
C=10µF.
a. Déterminer l’impédance complexe Z2 (forme algébrique et exponentielle) de ce dipôle.
b. Ce dipôle est traversé par un courant sinusoïdal de valeur efficace I=10mA. Dessiner le
diagramme de Fresnel correspondant et déterminer u2(t) la tension aux bornes de BD si
i t
( )
=I2 cos ω t
.
3. Le dipôle AB est placé en série avec le dipôle BD. Le dipôle AD ainsi constitué est traversé par un
courant sinusoïdal de valeur efficace I=10mA. Calculer la valeur efficace U de la tension aux
bornes de AD. Comparer avec U1+U2 où U1 est la valeur efficace de la tension aux bornes de AB
et U2 est la valeur efficace de la tension aux bornes de BD.
Calcul d’impédances
Exercice 3 : Détermination d’impédance
Exprimer l’impédance Z du circuit sachant que
e t
( )
=Emcos ω t
.
Donner les relations entre R et r, et entre L, R et C pour que Z soit
indépendant de ω.
Exercice 4 : Angle de perte d’un condensateur
Le modèle d’un condensateur aux basses et moyennes fréquences est
l’association en parallèle de sa capacité C et de sa résistance de fuite R.
1. Déterminer son admittance complexe Y et son angle de perte δ,
sachant que, pour un dipôle d’admittance : Y=G+jB, l’angle de
pertes δ est donné par
tan δ =G/B
.
2. Calculer le courant i(t) qui traverse le condensateur lorsqu’une tension
u t
( )
=Umcos ω t
est
appliquée à ses bornes.
3. Calculer son angle de pertes δ à f=50Hz. Commenter. Calculer i(t) sachant que Um=10V.
Données : C=1µF et R=100MΩ.
L C
R r
e(t)
C
R
u(t)
i(t)

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Exercice 5 : Calculs d’impédances
Déterminer l’impédance complexe des montages ci-dessous. En déduire l’impédance réelle et l’avance de
phase de la tension sur le courant.
Montage 1 Montage 2
Montage 3 Montage 4
Théorèmes généraux de l’électrocinétique en RSF
Exercice 6 : Diviseur de tension et diviseur de courant sans effet de filtrage.
On se place en RSF. Un diviseur de tension sans effet de filtrage se réalise à l’aide de deux impédances Z1
et Z2 de même structure. L’impédance Z2 étant imposée, calculer R1 et C1 pour que le rapport
d’atténuation
s
V
e
v
H
v
=
pour
le montage de gauche et
s
I
e
i
H
i
=
pour le montage de
droite soit constant et égal à
k (k<1).
Exercice 7 : Pont de Wheatstone en régime sinusoïdal et application.
On considère un pont de Wheatstone alimenté par un générateur de
tension alternative
u t
( )
=Umcos ω t
. T est un écouteur téléphonique
d’impédance complexe ZY.
1. Quelle condition doivent satisfaire les impédances complexes Z1, Z2,
Z3 et Z4 pour que i soit nul ?
2. Quel est le rôle de T ?
3. Application :
• Les impédances Z1 et Z2 sont respectivement des résistances étalons
R1 et R2.
• Z3 est un résistor de résistance variable R en série avec un
condensateur de capacité C.
• Z4 est un résistor de résistance variable R identique en parallèle avec un condensateur de même
capacité C.
Trouver les conditions d’équilibre du pont et en déduire une application.
R
R
R
R
R
R
C
C
C
C
C
L
i
i
i
i
u
u
u
u